PTT Liflerinde Boyamayı ve Boya Alımını Etkileyen Faktörler

PTT liflerindeki boya alımı mekanizması poliester liflerindeki boya alımı mekanizmasına benzerdir. Boya alımı, boyama oranı, kinetik faktörler, absorbsiyon izotermleri ve sıcaklığın etkisi gibi birçok faktör, PTT liflerinin boyanma mekanizması hakkında bize çeşitli bilgiler sunar. Bu bilgilerin elde edilebilmesi için literatürde çeşitli çalışmalar bulunmaktadır.

2002 yılında (Yang ve diğ. 2002) yapılan çalışmada, PTT’den üretilmiş kumaşların (%100 PTT ipliğinden örgü kumaş) sorpsiyon kinetikleri, izotermleri ve

boya alımı ile renk tonu gelişimi arasındaki ilişki incelenmiştir. Bu karakteristikler PET kumaşların değerleri ile karşılaştırılmıştır (Yıldırım ve diğ. 2012d_{, Yang ve} diğ. 2002). Bu tip bilgiler PTT’nin boyanma davranışlarını anlamak ve tekstil endüstrisine daha uygun boyama prosesleri dizayn edebilmek için önemlidir. Boyamada kullanılan boyarmaddeler, kimyasal özelliklerine, enerji seviyelerine ve endüstrideki popülaritelerine göre seçilmiştir (C.I. Disperse Red 60, 82 ve 167:1 ve C.I. Disperse Blue 56 ve 79’dur). Uygulanan boyama işlemlerinde sorpsiyon izotermleri olarak Nernst ve Langmuir modelleri kullanılmıştır. Çalışmada, PTT’nin 100o_{C ve altındaki sıcaklıklarda boyanma işleminde yumuşak su} kullanılarak pH ayarlamaya gerek kalmadan (boya banyosu pH’ı yaklaşık 7) direkt olarak boyama işlemi gerçekleştirilmiştir. PTT ve PET kumaşların ikisinde de boyama 130oC’de gerçekleştirildiğinde pH’ı 5 yapmak için sodyum asetat ve asetik asitli bir tampon sistem kullanılmıştır. Boyama oranı belirlenirken %1,2 boyarmadde, farklı sıcaklıklardaki boya alımını belirlemek için ise %0,5 boyarmadde konsantrasyonunda boyamalar yapılmıştır. Boyamalar 1:100 flotte oranında, izoterm çalışmaları ise 1:10 flotte oranında gerçekleştirilmiştir. Boyamadan sonra kumaşlar akacak boya kalmayıncaya kadar durulanmıştır. İlgili boyamaya ait değişen sıcaklıklarda boyama oranı diyagramı Şekil 3.6’da verilmiştir (Yıldırım ve diğ. 2012d_{, Yang ve diğ. 2002).}

Şekil 3.6: C.I. Disperse Blue 56 ile %1,2 koyulukta PTT kumaşın boya alımı

Eğer boyama koyuluğu %2‘nin altında ise (açık-orta renk tonları) boyama sıcaklığı 100o_{C’yi geçse de boya alımı artmamaktadır. Bunun sebebi muhtemelen} banyoya başlangıçta eklenen boyarmaddenin büyük bir çoğunluğunun 100o_{C’de lif} tarafından tamamen alınmasıdır. Bunun yanında artan sıcaklıkla birlikte PTT üzerindeki boya-alabilir alanlar artmakta fakat boya banyosunda hiç boyarmadde kalmadığı için sıcaklığın yükseltilmesi boya alımını arttıramamaktadır. Boya konsantrasyonu arttırıldığında (%2’den daha fazla olduğunda yani daha koyu renk tonlarında), 100oC’de boyanan PTT, 130oC’de boyanan PET’den daha az boyarmadde almaktadır. Bu olgu muhtemelen boyarmaddenin düşük sıcaklıklarda gösterdiği düşük kinetik enerjiden kaynaklanmaktadır. PTT liflerinde 100o_C’deki boyarmadde alımı 130oC’deki boya alımından düşük olmasına rağmen emilen boyarmadde lif içine düzgün bir biçimde dağılmaktadır. Eğer her iki lif, PTT ve PET, 130oC’de boyanırsa, iki lifin boyarmadde alımları aşağı yukarı aynı olmaktadır. Bu nedenle koyu renk tonlarında boyama için sıcaklığın 100o_{C üzerinde} olması boya alımını arttırmaktadır. Eğer yüksek sıcaklarda boyama ekipmanı varsa ve boya alımı artışındaki kazanç önemli ise, özellikle koyu renklerde, boyama sıcaklığının 100o_{C’nin üzerinde olması faydalı olacak denebilir (Yıldırım ve diğ.} 2012d_{, Yang ve diğ. 2002).}

Şekil 3.7: Farklı sıcaklıklardaki renk verimi (K/S) ve boya alımı (mg/g) değerleri

Şekil 3.7’de iki farklı sıcaklıkta (100 ve 130o_{C) PTT kumaştaki boya alım} miktarı ve renk verimi değeri (K/S) arasındaki ilişki gösterilmektedir. PTT’nin 100 ve 130oC’deki boyama eğrileri çakışmaktadır. Bu, 100oC de gerçekleştirilen boyamanın PTT’nin renk verimini olumsuz etkilemediğini göstermektedir ve ayrıca PTT lifinin boyanma sıcaklığının 100oC olarak tavsiye edilmesini desteklemektedir. Küçük moleküler yapıya sahip ve/veya kümelenme ile kristal formu oluşturmaya daha az eğilimli boyarmaddeler, yüksek boyama oranları sergiler. Boyama oranının boyarmaddenin enerji seviyesi ile ilişkili olması zorunlu değildir. Boyama sıcaklığındaki artış, sıcaklık 70o_{C’yi geçtiğinde kesinlikle kontrol} edilmelidir. Hızlı artan sıcaklıklarda fazla miktarda ve hızlı boya alımı yüzünden düzgünsüz boyamalar meydana gelebilmektedir (Yıldırım ve diğ. 2012d_{, Yang ve} diğ. 2002).

2005 yılına gelindiğinde (Kim ve diğ. 2005) yapılan çalışmada, PTT ve kolay boyanabilir poliester (EDP) kumaşların boyanma özellikleri kinetik faktörler (standart afinite, entalpi ve entropi değişimleri, difüzyon katsayısı) bakımından incelenmiş ve sonuçlar PET kumaşların ilgili faktörleri ile karşılaştırılmıştır. Kumaş örnekleri (0,01 g), 1:10,000 flotte oranında 0,0010, 0,0015, 0,0020, 0,0025 ve 0,0030 g/L C.I. Dispers Violet 1 (1,4-diaminoantrokinon) boyarmadde içeren çeşitli boya banyolarında 100, 110, 120 ve 130o_{C sıcaklıklarda boyanmıştır} (Yıldırım ve diğ. 2012d_{, Kim ve diğ. 2005). Çalışılmış olan kinetik faktörlerden biri} standart afinite (-Δµo_{)’dir. Bu değer boyarmaddenin çözeltiden life hareket etme} eğilimini ölçmektedir. Boyanmış PTT ve EDP kumaşların standart afinite (-Δµo₎ değerleri PET kumaşın standart afinite değerinden bir miktar daha yüksek bulunmuştur. Bir başka faktör entropi değişimleri (ΔSo_{)’dir. Diğer bir deyişle} entropi değişim değerleri lifler içindeki boyaların sabitlik ölçümü anlamına gelir. Bir diğer faktör entalpi değişimi (ΔHo_{)‘dir. Entalpi değişimleri boya moleküllerinin} polimer zincirlerine adsorbe edilirken serbest bırakılan termal enerji miktarını ölçmektedir. Diğer iki faktör difüzyon katsayısı (DT) ve boyama sıcaklığına difüzyon katsayısının bağımlılığını açıklayan difüzyonun aktivasyon enerjisi (ED)’dir. Sıcaklık yükseldiğinde üç tip poliester kumaş için de difüzyon katsayısı (DT) değerleri yükselmektedir. Her sıcaklıkta PTT kumaş en yüksek ve PET kumaş en düşük difüzyon katsayısı (DT) değerlerine sahiptir. PTT ve EDP kumaşların

difüzyon aktivasyon enerjisi (ED) değerleri ise PET kumaşın ED değerinden daha düşük bulunmuştur (Yıldırım ve diğ. 2012d_{, Kim ve diğ. 2005).}

2007 yılında (Ovejero ve diğ. 2007) yapılmış çalışmada, sıcaklığın boya alımı ve boyanma oranı üzerine etkisini değerlendirebilmek için PTT lifleri 60, 70, 80 ve 90oC’lerde C.I. Disperse Red 82 (mono-azo) dispers boyarmaddesi ile boyanmıştır (Yıldırım ve diğ. 2012d, Ovejero ve diğ. 2007). Numuneler, 1:50 flotte oranında %0,1 boyarmadde konsantrasyonunda 1,5 ml/L dispergir madde (Liocol RDN) içeren banyoda pH 6’ya (asetik asit ile ayarlanmıştır) ayarlandıktan sonra boyanmıştır. Boyamadan sonra numunelere 30o_{C’de yıkama işlemi uygulanmıştır.} Çalışmanın sonuçları dengedeki boya alımının, boyama sıcaklığının artması ile arttığını, 60o_{C’de %28,1 olan boya alımının 90}o_{C’de %96,2’ye yükseldiğini} göstermektedir. PTT liflerinin boyanmasında, boyama oranının sıcaklığın artmasıyla birlikte arttığı ve banyodan alınan boyarmadde miktarının 80o_C üzerindeki sıcaklıklarda kabul edilebilir değerlere ulaştığı belirtilmektedir. Bununla birlikte endüstriyel şartlara daha uygun bir boyamada boya alımı, sıcaklığın 90o_C olması durumunda 1 saatten sonra %87,9’a ulaşmaktadır. 90o_{C’de bile iyi boya} alımı miktarlarına ulaşan PTT lifleri kaynama sıcaklığında da kolaylıkla boyanabilmektedir (Yıldırım ve diğ. 2012d_{, Overjero ve diğ. 2007).}